In open angle glaucoma, dysfunction of the trabecular meshwork (TM) results in impaired aqueous humour outflow leading to an elevated intraocular pressure (IOP) that underlies optic nerve damage and irreversible blindness. Currently, no curative treatment is available for the disease. Indeed, most pharmacological and surgical interventions usually provide only temporary relief from elevated IOP while little progress has been made in targeting the root cause of this disease: correcting the dysfunctional TM. In this context, we hypothesized that regeneration/refunctionalization of the TM may represent an effective therapeutic option to halt disease progression or even reverse the pathologic process. We previously demonstrated in a rat model of glaucoma that the injection of mesenchymal stromal cells (MSCs) cultured under hypoxic conditions or their conditioned media (MSC-CM) into laser-damaged TM area results in tissue regeneration. Injection of MSC or conditioned media in our glaucoma model led to activation and proliferation of ocular progenitor cells culminating in TM regeneration and a decrease in IOP. However, the mechanistic basis for this regenerative process remained elusive. Thus, the aim of this thesis is to elucidate the mechanistic basis of MSC secretome-mediated TM regeneration and the subsequent decrease in IOP. We now demonstrate that injection of hypoxic MSC-CM into laser-induced glaucomatous eyes resulted in massive immune cell recruitment. We also demonstrate that these hypoxic MSC-CM conditioned cells produced pro-regenerative factors in vitro and in vivo. Next, employing a proteomic approach, we identified and verified the pro-regenerative effect of several factors secreted by hypoxic MSC-CM recruited cells, which in turn induced the activation/proliferation of ocular progenitor cells leading to TM regeneration and decreased IOP. Upon individual injection of the purified factors into glaucomatous rat eyes, we observed a partial and delayed but significant decrease in IOP that correlated with an increase in the activation and proliferation of neuronal progenitor cells in the TM area. The co-injection of these factors resulted in a significant decrease in IOP compared with individual factor injection. Importantly, this drop in IOP was associated with restoration of retinal functionality, thus demonstrating the importance of these factors in the TM regeneration process and disease control. The findings presented in this thesis provide a novel acellular therapeutic approach for glaucoma treatment via in situ TM regeneration. Moreover, the knowledge gained here could have a lasting impact on how we induce tissue regeneration in other degenerative diseases and lead to novel therapeutic advances in regenerative medicine. / Dans le glaucome à angle ouvert, le dysfonctionnement du trabéculum (TM), un tissu nécessaire à la filtration de l'humeur aqueuse, entraîne une élévation de la pression intraoculaire (PIO). Ceci cause des lésions au niveau du nerf optique et une cécité irréversible. Présentement, aucun traitement curatif n'a été développé pour cette maladie. Nous émettons l'hypothèse que la régénération et re-fonctionnalisation du trabéculum peut représenter une option thérapeutique efficace pour arrêter ou inverser la progression de la maladie dans de nombreux cas de glaucome. Nous avons précédemment démontré les effets régénérateurs des cellules mésenchymateuses (MSCs) et de leurs milieux conditionnés par l'hypoxie (MSC-CM) dans la régénération du TM suite à un dommage par laser. Ce processus a conduit à l'activation et à la prolifération des cellules progénitrices oculaires résultant en une diminution de la PIO dans un modèle de glaucome induit par laser chez le rat. Cependant, la base mécanistique de ce processus de régénération reste encore inconnue. Ainsi, le but de cette thèse de recherche est d'élucider cette base mécanistique de la régénération du TM médiée par le sécrétome des MSC et la diminution subséquente de la PIO. À cette fin, l'injection de MSC-CM hypoxique dans les yeux glaucomateux induits par laser a entraîné un important recrutement de cellules immunitaires. Sous l’action du MSC-CM, ces cellules produisent des facteurs pro-régénératifs in vitro et in vivo. Ensuite, nous avons utilisé une approche protéomique et vérifié l'effet pro-régénératif des facteurs sécrétés par ces cellules exposées au MSC-CM hypoxique, sur l'activation et la prolifération des cellules progénitrices oculaires et la PIO. Lors de l'injection de ces facteurs chez le rat glaucomateux, nous avons observé une augmentation significative de l'activation et de la prolifération des cellules progénitrices neuronales présentes dans la zone du TM, résultant en une diminution de la PIO. De plus, l’injection combinée de ces facteurs résulte en une diminution synergique importante de la PIO. Cette baisse de la PIO était associée à une restauration de la fonction rétinienne, démontrant ainsi l'importance de ces facteurs dans le processus de régénération du TM et de contrôle de la maladie. Les résultats présentés dans cette thèse pourraient amener à une nouvelle approche thérapeutique acellulaire pour le traitement du glaucome via la régénération du TM. De plus, les connaissances acquises au cours de cette thèse pourraient avoir un impact durable sur la manière d’aborder la régénération tissulaire dans d'autres maladies dégénératives et amener des avancées thérapeutiques nouvelles en médecine régénératrice

Le vieillissement est l'un premier facteur de risque pour plusieurs maladies telles que l’athérosclérose, la fibrose, l’Alzheimer, le diabète de type 2 et le cancer. L'accumulation de cellules sénescentes avec l'âge contribue au développement de maladies liées à l'âge en induisant une inflammation chronique causée par le phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP). Il y a également une augmentation de la sécrétion de vésicules extracellulaires (EV) lors de la sénescence. Les EV sont des structures à bicouche lipidique permettant le transport de molécules actives vers des cellules réceptrices. De plus, les EV participent aux effets pathologiques des cellules sénescentes. Ainsi, nous proposons que les macrophages sénescents participent au développement de maladies liées à l’âge en induisant l'inflammation par l’action combinée des facteurs solubles du SASP et des EV. Tout d'abord, nous avons établi un modèle de macrophages sénescents induit par l’oncogène Raf-1. Une analyse transcriptionnelle de notre modèle a démontré un profil inflammatoire régulé par Nf-κB. La sécrétion d'EV est également augmentée par les macrophages sénescents. En outre, les EV dérivées de macrophages sénescents sont enrichies en miARN, tels que miR-21, miR-155 et miR-132, ainsi qu'en protéines ribosomiques, qu'en protéine Alix et qu'en protéine Mvp. Les sécrétions des macrophages sénescents induisent un échappement de la sénescence chez les cellules MEF, probablement par l'action combinée des molécules solubles du SASP et des EV. Nous concluons que les macrophages sénescents sécrètent des signaux prolifératifs et inflammatoires dans les cellules réceptrices, ce qui suggère leur rôle potentiel dans le développement de cancer. Le traitement avec le navitoclax élimine les macrophages sénescents et pourrait prévenir leurs effets pathologiques. / Aging is the first risk factor for several diseases such as atherosclerosis, fibrosis, Alzheimer’s, type 2 diabetes and cancer. The accumulation of senescent cells with age contributes to development of age-related diseases by inducing chronic inflammation. This inflammation is induced by the senescence-associated secretory phenotype (SASP). During senescence, there is also an increase of extracellular vesicles (EV) secretion. EVs are lipid bilayer structures that allow the transport of active molecules to recipient cells. In addition, EVs participate in pathologic effects of senescent cells. Thus, we propose that senescent macrophages participate in development of age-related diseases by inducing inflammation through the combined effect of SASP soluble factors and EV. First, we established a model of senescent macrophages induced by the oncogene Raf-1. Transcriptional analysis of our model demonstrated an Nf-κB-regulated inflammatory profile. EV secretion is also increased by senescent macrophages. Moreover, EVs derived from senescent macrophages are enriched in miRNA, such as miR-21, miR-155 and miR-132, as well as ribosomal proteins, Alix protein an Mvp protein. Secretion of senescent macrophages induce senescence escape in MEF cell, probably through the combined action of SASP soluble factor and EV. We conclude that senescent macrophages secrete proliferative and inflammatory signals in recipient cell, suggesting their potential role in cancer development. Treatment with navitoclax eliminates senescent macrophages and may prevent their pathological effects.

Deux symbioses végétales partagent la même niche écologique, leur hôte, une légumineuse. Ces deux associations mutualistes sont la mycorhize arbusculaire (MA) et la symbiose Rhizobium/légumineuse. Chacune de ces relations symbiotiques, prise individuellement, peuvent contrôler leur propre colonisation par des mécanismes d'autorégulation. Ce contrôle exclusif s'effectue par rétroaction systémique et parviendrait à limiter le coût en carbone pour l'hôte. En vue d'étudier la restriction exercée par une plante hôte sur le degré de colonisation mycorhizienne et rhizobienne, la légumineuse Medicago sativa a été cultivée en chambre bicompartimentée (Split-Roots). Ce dispositif expérimental a permis de séparer en deux parties distinctes le système racinaire de M. sativa. Le but recherché par ces expérimentations était de vérifier à distance l'autorégulation au sein d'une symbiose sur la seconde partie du système racinaire et de mettre en évidence une régulation négative croisée entre deux symbioses différentes. En effet pour la première fois, il est démontré que l'autorégulation systémique n'est pas l'action d'une seule symbiose sur elle-même, mais que par des signaux communs entre les deux symbioses, il existe une régulation négative croisée entre elles. Cette approche permet d'examiner, sous un nouvel angle, la régulation de l'établissement d'une symbiose par une autre symbiose. Dans ces conditions, nos résultats montrent l'existence d'un lien évident de signalisation entre les deux symbioses végétales. Dans le cas précis d'une pré-colonisation de M. sativa par Sinorhizobium meliloti, les facteurs Nod se sont révélés impliqués au niveau de l'autorégulation. Dans cet exemple, les flavonoïdes exsudés par M. sativa sont non seulement reconnus par les Rhizobia mais aussi par le Glomus mosseae. Ces résultats représentent un acquis important pour l'interprétation de la signalisation au niveau de l'autorégulation des deux symbioses à l'étude. Par ailleurs, l'analyse des exsudats racinaires de M. sativa par chromatigraphie liquide à haute performance (HPLC) montre une modification significative du patron des isoflavonoïdes lorsque cette plante est soumise à différents contrôles dérivant d'autorégulations et de régulations négatives croisées. De plus il est loisible d'observer une variation similaire de patrons de flavonoïdes suite à l'application de facteurs Nod. En soi, d'une façon plus exacte, tous ces traitements provoquent une réduction marquée de la formononétine et de l'ononine. Ces deux isoflavonoïdes semblent être d'excellents candidats comme molécules ± signal ¿ dans la régulation à distance pour les deux symbioses végétales. De plus, l'application externe de ces deux isoflavonoïdes peut normalement restaurer la nodulation et la mycorhization. Les flavonoïdes jouent un rôle clef dans la formation de la symbiose MA chez M. sativa. Lors d'expériences avec diverses souches de G. mosseae nous avons cherché à montrer qu'il y avait bien une régularité et une constance dans le patron de flavonoïdes considérés comme molécule signal et cela peu importe les besoins métaboliques divergents associés à ces souches de G. mosseae. Selon cette prémisse nous concluons que leur production n'est pas subordonnée aux besoins métaboliques des souches fongiques. La constance de l'augmentation ou la réduction du patron de ces flavonoïdes pourraient bien être le résultat du rôle de flanovoïdes impliqués pour des mécanismes de signalisations qui accompagnent nécessairement l'établissement de la symbiose MA.

Les lipides « switch » - bascules - appartiennent à la famille des matériaux sensibles à un stimulus. Quand ces lipides bascules sont incorporés aux nanoparticules lipidiques (LNP), ils permettent la délivrance contrôlée grâce à un changement de conformation activé par une baisse de pH. Des expériences précédentes avaient démontré que les LNP bascules ont transfecté le petits ARN interférents (siRNA) in vitro et in vivo, silençant la protéine fluorescente verte (GFP) et la protéine hépatique Facteur VII, respectivement. La double administration de micro ARN (miRNA) et d'agent anticancéreux melphalan a également été réalisée par les LNP bascule sur un modèle de rétinoblastome murin. Ces résultats prometteurs nous ont encouragé à élargir les applications de LNP bascules en tant que vecteur de siRNA. De plus, le mécanisme par lequel les LNP bascules induisent la déstabilisation de la membrane et la libération de matériaux encapsulé au milleu acide reste obscur. La compréhension de ce mécanisme est cruciale pour cerner les avantages et les limites des LNP bascules, pour proposer des futures applications et pour prévenir leur toxicité. Dans ce mémoire, nous avons comme objectif d’évaluer le potentiel des LNP bascules pour le traitement du cancer. Nous avons évalué les LNP bascules comme vecteur de livraison du siRNA ciblant l'une des protéines cancéreuses les plus spécifiques découvertes à ce jour, la survivine. En parallèle, nous avons étudié le comportement biophysique des membranes contenant des lipides bascules dans des vésicules de taille micromètrique. Dans la première étude, nous avons démontré que les LNP bascules ont permis le silençage de la survivine dans une gamme de lignées cellulaires cancéreuses (poumon, cervical, ovaire, sein, côlon, rétinoblastome). Dans les cellules du rétinoblastome humain (Y79), nous avons examiné plusieurs agents cytotoxiques utilisés en clinique quant à leur synergie avec le silençage de la survivine: melphalan, topotécan, téniposide et carboplatine. Le prétraitement avec les LNP chargées de siRNA-survivine a amélioré de manière synergique la cytotoxicité du carboplatine et du melphalan mais dans une moindre mesure celle du topotécan et du téniposide. Cet effet était spécifique aux cellules cancéreuses car les cellules saines (ARPE.19) n'exprimaient pas de survivine. L'inhibition de la survivine par silençage de siRNA s'est révélée plus spécifique et moins dommageable pour les cellules saines (ARPE.19) que le YM155, un inhibiteur moléculaire de la survivine. Dans la deuxième étude, nous avons observé par microscopie confocale que les lipides bascules induisaient rapidement le stress, la fission et une courbure positive dans les membranes des vésicules unilamellaires géantes lorsqu'elles étaient exposées à des conditions acides. La dynamique de la membrane a été confirmée par des expériences de diffusion dynamique de la lumière (DLS) et de fuite de calcéine. Ces phénomènes ont également été observés lorsque des lipides bascules ont été incorporés dans une membrane hybride polymère/lipide, fournissant des propriétés sensibles au pH aux vésicules hybrides. À notre connaissance, c'est la première fois qu'une vésicule hybride sensible au pH est reportée. Nos résultats corroborent l'applicabilité des LNP bascules en tant qu'agents de vectorisation des siRNA pour le traitement du cancer grâce au silençage de la survivine, en particulier comme adjuvant à la chimiothérapie. L'investigation biophysique a révélé que les lipides bascules agissent sur la fluidité de la membrane, en particulier à pH acide. Cette sélectivité en pH garantit leur biocompatibilité à pH neutre ainsi que la libération efficace et rapide de leur cargo à pH acide. La compatibilité avec les vésicules hybrides polymère/lipide ouvre de nouvelles applications au niveau de vésicules biomimétiques et l'administration de médicaments. / Cationic switchable lipids belong to the class of stimuli-responsive materials. When incorporated in lipid nanoparticles (LNP), switchable LNP promote pH-triggered delivery of payload based on a molecular switch mechanism. Previous studies have demonstrated that switchable LNP successfully delivered small interferring RNA (siRNA) in vitro and in vivo, promoting the silencing of a reporter Green Fluorescencen Protein (GFP) protein and liver-produced factor VII, respectively. Dual delivery of micro RNA (miRNA) and anticancer agent melphalan was also achieved through switchable LNP in a retinoblastoma rat model. These promising results encouraged us to enlarge the applications of switchable LNP as siRNA carrier. Moreover, the mechanism whereby switchable LNP mediate acid-triggered membrane destabilization and, thus, payload release remains elusive. Understanding this mechanism is crucial to draw the advantages and limitations of switchable LNP, and to tailor their future applications and prevent their potential toxicity. In this dissertation, we aimed to further understand the potential of switchable LNP for cancer treatment. We assessed switchable LNP as a siRNA delivery carrier by targeting one of the most specific cancer protein discovered to date, survivin. Meanwhile, we investigated the biophysical behavior of switchable-lipid containing membranes in micron-sized vesicles. In the first study, we demonstrated that switchable LNP efficiently silenced survivin in a range of cancer cell line models (lung, cervical, ovary, breast, colon, retinoblastoma). In retinoblastoma (RB) cells (Y79), several clinically used cytotoxic agents were screened for their synergy with survivin silencing: melphalan, topotecan, Teniposide, and carboplatin. Pretreatment with LNP loaded with siRNA targeted against survivin synergistically enhanced the cytotoxicity of carboplatin and melphalan but in lesser extent topotecan and teniposide. This effect was specific to cancer cells since healthy cells (ARPE.19) did not express survivin. Survivin inhibition through siRNA silencing revealed more specific and less damageable for healthy cells (ARPE.19) than a molecular approach, such as YM155. In the second study, we observed by confocal microscopy that switchable lipids rapidly induced stress, fission, and positive curvature in giant unilamellar vesicles’ membranes when submitted to acidic conditions. The membrane dynamics was confirmed by dynamic light scattering and calcein leakage experiments. Remarkably, these phenomena were also observed when switchable lipids were embedded into a hybrid polymer/lipid membrane, providing pH-sensitive properties to hybrid vesicles. To the best of our knowledge, this is the first time a pH-sensitive hybrid vesicle is reported. Our findings corroborate with the applicability of switchable LNP as siRNA delivery agents for cancer treatment through survivin silencing, especially as an adjuvant to chemotherapy. The biophysical investigation revealed that the switchable lipids act on the membrane fluidity, specifically at acidic pH. This pH selectivity guarantees their biocompatibility at neutral pH as well as its efficient and quick release of their cargo at acidic pH. Their compatibility with hybrid polymer/lipid vesicles opens new applications in biomimetic vesicles and drug delivery.

Ce travail de thèse a porté sur l'incorporation de nanoparticules inorganiques au sein de vésicules multilamellaires lipidiques de type " oignon ". La synthèse intravésiculaire de nanoparticules d'or a été réalisée par voie chimique, photoréduction UV et radiolyse gamma. Nous avons montré qu'il est possible de contrôler la morphologie des particules par la composition vésiculaire dans le cas d'une réduction chimique. Quelle que soit la voie de synthèse, nous avons établi que la stabilité de l'oignon dépend de la taille des nanoparticules qu'il contient et de leur nombre. L'utilisation de ces structures hybrides,oignons/nanoparticules (or et argent), pour la catalyse supportée a été abordée. Nous avons également élaboré des oignons magnétiques selon deux voies: par synthèse intravésiculaire de nanoparticules magnétiques et par encapsulation d'un ferrofluide. Les propriétés des oignons en terme de magnétisme, d'hyperthermie magnétique et d'agents de contraste pour IRM ont été étudiées.

Le myo-inositol (MI) est un soluté organique impliqué dans diverses fonctions physiologiques de la cellule dont la signalisation cellulaire. Il est également un osmolyte compatible reconnu. Trois co-transporteurs de type actif secondaire responsables de son absorption ont été identifiés. Deux d’entre eux sont couplés au transport du sodium (SMIT1 et SMIT2) et le troisième est couplé au transport de protons (HMIT). L’objectif de cette étude a été la caractérisation du transport du MI par SMIT2 dans des membranes en bordure en brosse (BBMv) issues du rein de lapin et de l’intestin de rat ainsi qu’après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis. La quantification de l’ARNm de SMIT1 et de SMIT2 dans le rein nous a appris que SMIT1 est majoritairement présent dans la médullaire alors que SMIT2 est principalement localisé dans le cortex. Ces résultats ont été confirmés par immunobuvardage en utilisant un anticorps dirigé contre SMIT2. Grâce à l’inhibition sélective de SMIT1 par le L-Fucose et de SMIT2 par le D-chiro-inositol (DCI), nous avons démontré que SMIT2 semble le seul responsable du transport luminal de MI dans le tubule contourné proximal avec un Km de 57 ± 14 µM. Pour ce qui est de l’intestin, des études de transport de MI radioactif ont démontré une absence de transport de MI chez le lapin alors que l’intestin de rat présente un transport de MI très actif. Une quantification par qRT-PCR nous a permis de constater que l’intestin de lapin ne semble pas posséder les transporteurs de MI nécessaires. Comme pour le rein, SMIT2 semble le seul transporteur de MI présent au niveau du pôle apical des entérocytes intestinaux chez le rat. Il est chargé du prélèvement du MI de l'alimentation avec un Km de 150 ± 40 µM. Les analyses fonctionnelles exécutées sur SMIT2 de rat en électrophysiologie après expression dans les ovocytes de Xenopus laevis donnent sensiblement les mêmes résultats que pour les BBMv de rein de lapin et d’intestin de rat. Dans les ovocytes, SMIT2 présente une grande affinité pour le MI (270 ± 19 µM) et le DCI (310 ± 60 µM) et aucune affinité pour le L-fucose. Il est ii également très sensible à la phlorizine (16 ± 7 µM). Une seule exception persiste : la constante d’affinité pour le glucose dans les BBMv d’intestin de rat est 40 fois plus petite que celle observée sur les ovocytes de Xenopus laevis. Nous avons également testé la capacité de certains transporteurs de sucre présents à la surface des membranes apicales des entérocytes à prélever le MI. Vu que l'inhibition de ces transporteurs (SGLT1 et GLUT5) ne changeait rien au taux de MI radioactif transporté, nous en avons conclu qu'ils ne sont pas impliqués dans son transport. Finalement, l’efflux de MI à partir du pôle basolatéral des entérocytes n’est pas effectué par GLUT2 puisque ce dernier lorsqu'il est exprimé dans des ovocytes, est incapable de transporter le MI. / Myo-inositol (MI) is an organic solute involved in various aspects of cell physiology, including cell signaling. It is also known as a compatible osmolyte. Three secondary active MI cotransporters have been identified; two are Na+- coupled (SMIT1 and SMIT2) and one is H+-coupled (HMIT). The main aim of this study was to characterize MI uptake throught SMIT2 as expressed in epithelial cells and in Xenopus laevis oocytes. In order to achieve the characterization of this transport system, we used purified brush border membrane vesicles (BBMv) isolated from rabbit kidney and rat intestine. We first performed a quantification of mRNA levels in rabbit kidney using real time PCR for both SMIT1 and SMIT2. We found that SMIT1 is mainly expressed in the renal medulla while SMIT2 is mainly localized in the renal cortex. This result was confirmed on Western blots using an antibody raised against SMIT2. Through inhibition studies using selective substrates for SMIT1 (inhibited by L-fucose) and SMIT2 (inhibited by D-chiroinositol), we showed that SMIT2 seems to be responsible for all the apical transport of MI into the proximal convoluted tubule with a Km of 57 ± 14 µM. By transport studies we established that rabbit intestine seems to lack apical transport of MI while rat intestine has a very active uptake of this molecule. qRT-PCR quantification confirmed the absence of MI transporters in rabbit intestine. As for kidney, SMIT2 seems to be the only transporter responsible for apical MI uptake in enterocytes with a Km of 150 ± 40 µM. Functional analysis of rat SMIT2 activity, via electrophysiological studies in Xenopus oocytes, demonstrated similarities to the activities of SMIT2 from rat intestine and rabbit kidney. SMIT2 displays high affinities for MI (270 ± 19 µM), DCI (310 ± 60 µM) and no affinity for L-fucose. SMIT2 is very sensitive to phlorizin (Pz; 16 ± 7 µM). Although these functional characteristics essentially confirmed those found in rat intestine, a iv discrepancy exists between the two systems studied. Indeed, the affinity constant for glucose was approximately 40-fold lower in vesicles than in oocytes. We also tested the ability of SGLT1 and GLUT5, other sugar transport systems present in enterocytes apical membranes, to perform MI uptake. Because the inhibition of these transporters did not alter radiolabeled MI uptake, we concluded that they had no significant contribution to MI transport in rat intestine. Finally, the basolateral efflux of MI was not mediated by GLUT2 because when expressed in oocytes, this transporter was not able to transport MI.

L’auto-assemblage de copolymères à blocs amphiphiles est un outil puissant de la chimie supramoléculaire pour la conception de nano-objets complexes et fonctionnels. Dans ces travaux de thèse, l’étude approfondie d’un copolymère à blocs « hybride » synthétique-b-peptidique poly(triméthylène carbonate)-b-poly(acide glutamique) pour des applications de vectorisation a été menée. Des morphologies vésiculaires, obtenues par auto-assemblage en voie « co-solvant » et présentant une grande stabilité ainsi qu’un caractère stimulable ont été mises en évidence. Une transition inédite en température, par des phénomènes de fusion et de fission, a pu être observée. L’encapsulation dans ces vésicules polymères d’un principe actif anti-tumoral et de nanoparticules magnétiques, à des taux très élevés, permet d’améliorer le contraste en IRM ainsi que de moduler la libération de la molécule par une variation des paramètres environnementaux (pH, T) ou par un effet d’hyperthermie magnétique. / Block copolymer self-assembly is a powerful tool within supramolecular chemistry to design smart and functional nano-objects. In this thesis work, comprehensive study of hybrid poly(trimethylene carbonate)-b-poly(glutamic acid) block copolymers for drug delivery applications has been conducted. Highly stable vesicular morphologies presenting stimuli-responsive behaviour were prepared using a solvent-injection method. In particular, original temperature responsiveness mediated by fusion and fission events has been evidenced. Dual loading of an anticancer drug and superparamagnetic nanoparticles in these vesicles, at very high loading contents, allows enhancing MRI contrast and controlling drug release kinetics by varying environmental conditions (pH, T) or by using a magnetic hyperthermia effect.

Le développement récent de l’endoscopie interventionnelle digestive nous a conduit à prendre en charge deux types de pathologies préoccupantes. Il s’agit d’une part des fistules digestives souvent responsables d’une morbi-mortalité élevée et d’autre part des sténoses œsophagiennes après résection tumorale endoscopique étendue. Dans ces deux situations, des phénomènes inflammatoires chroniques conduisent soit à l’absence de fermeture de la fistule soit à une fibrose importante responsable de sténose de l’œsophage. La thérapie cellulaire a déjà été utilisée pour diminuer ces phénomènes inflammatoires et entrainer une cicatrisation. La thérapie tissulaire par cellules souches organisées en construction 3D représente un avantage important en permettant de cibler le site d’action par dépôt direct du feuillet cellularisé. Notre objectif était d’évaluer l’effet thérapeutique de ces nouveaux outils pour fermer les fistules digestives et pour prévenir la survenue des sténoses œsophagiennes. La première étape a consisté a évaluer l’efficacité du traitement par des cellules souches mésenchymateuses provenant de moelle osseuse humaine, marquées puis organisées en doubles feuillets, dans un modèle de fistule entéro-cutanée post-chirurgicale chez la souris nude. L’évaluation clinique et en imagerie (IRM et microscopie confocale) a montré une meilleure cicatrisation avec une augmentation de la microvascularisation et une accélération de la fermeture de la fistule chez les souris greffées. Les effets observés semblent liés à une augmentation précoce de la synthèse des facteurs de réparation (EGF et le VEGF) et des cytokines anti-inflammatoires (TGF-ß2 et IL-10). Après avoir développé un modèle inédit de fistule oeso-cutanée chez le porc grâce à la mise en place par voie endoscopique et chirurgicale de prothèses plastiques entre la lumière œsophagienne et la peau, nous avons évalué l’efficacité thérapeutique d’un gel contenant des vésicules extracellulaires issues de cellules souches isolées du tissu adipeux de porc. Ce gel injecté dans la fistule par voie endoscopique a permis la fermeture des fistules. Enfin, la troisième partie de notre travail a consisté à évaluer l’efficacité de la greffe allogénique de doubles feuillets de cellules souches mésenchymateuses pour prévenir la survenue des sténoses œsophagiennes dans un modèle porcin après dissection sous muqueuse étendue. Il existait une réduction significative du taux de sténose œsophagienne cicatricielle dans le groupe greffé avec une fibrose moins importante. En conclusion, l’effet paracrine antifibrosant des cellules souches mésenchymateuses organisées en feuillets est efficace à la fois pour fermer les fistules entéro-cutanées chez la souris et pour prévenir les sténoses œsophagiennes chez le porc. Un gel avec des vésicules extracellulaires issues des cellules souches a de la même façon un effet cicatrisant anti-inflammatoire permettant la fermeture des fistules œsophagiennes chez le porc. Ces résultats sont très encourageants et posent la question d’une évaluation future chez l’homme. / Recent developments in digestive interventional endoscopy lead us to manage two types of digestive disease. First, it is digestive fistulas associated in many cases with high morbi-mortality; and second is oesophageal stenosis after extended superficial endoscopic resection. In both situations, chronic inflammatory process resulted in delayed or no fistula healing for the first case or oesophageal stenosis due to fibrosis. Cellular therapy has proved to be successful in reducing the inflammatory process and to promote tissue healing. Tissue therapy with 3D construct stem cells represents a major advantage by allowing a direct adaptation on the right place. Our objective was to evaluate the therapeutic effect of new strategy to close the digestive fistula and to prevent oesophageal stenosis. First step was to evaluate the effect of labelled human bone marrow derived mesenchymal stem cells engraftment in the form of double cellsheet in a post-surgical fistula model in nude mice. Clinical and radiological (MRI and probe based confocal microscopy) evaluation showed a better fistula healing with higher microvascularization and a faster fistula closing in grafted mice. These effects appear to be related to an increase production of factors involved in tissue repair (EGF et le VEGF) and anti-inflammatory cytokines (TGF-ß2 et IL-10). We developed an unpublished eso-cutaneous fistula in a porcine model after plastic catheters placement by surgical and endoscopic way between the oesophageal lumen and the skin. We evaluated the therapeutic effect of a hydrogel with extracellular vesicles extracted from porcine adipose derived stem cells. The hydrogel with vesicles was injected into the fistula by endoscopy. Radiological and histological evaluation 15 days after injection showed a fistula tract closure in treated group.The third part of this work was to evaluate the effect of allograft of adipose derived stem cells 3D construct to prevent the stenosis after extended endoscopic submucosal dissection in a porcine model. There was a significant reduction of number and degree of stenosis with decrease fibrosis infiltration in the grafted group.In summary, thanks to their paracrine and antifibrotic effect, the mesenchymal stem cells organised as 3D construct allowed fistula closure in an entero-cutaneous model in mice and prevention of stenosis after extended oesophageal submucosal dissection in a porcine model. Moreover, endoscopic hydrogel and extracellular vesicles injection allowed oesophageal fistula healing in a porcine model. These promising results pose the challenge of future clinical studies.

Les vésicules géantes unilamellaires (GUV) permettent d’étudier efficacement les interactions entre les lipides et les peptides. Dans ce manuscrit, il a été montré que les interactions attractives lipides-peptides sont supprimées par l’attachement de polypeptides de type élastine (ELP) sur des peptides riches en arginine et peuvent être modulées par l’auto-assemblage en micelles ainsi que par le nombre de groupements arginine dans la séquence des peptides capables de pénétrer les cellules. De plus, une nouvelle méthode pour former des GUV à partir de systèmes complexes en seulement quelques minutes a été développée. Cette méthode est basée sur le gonflement d’un film de PVA sous une bicouche lipidique. Elle supprime la dégradation des molécules pendant la formation des GUV de lipides synthétiques, tels que des glycolipides et des phospholipides portant des groupements amides, où les méthodes traditionnelles ne réussissent pas à produire des vésicules non endommagées. / Giant Unilamellar Vesicles (GUVs) are a valuable tool to study lipid bilayer-biomolecule interactions in simplified cell-like model systems. In this work, a new method to efficiently form GUVs within minutes from more complex systems was developed. This method is based on swelling of a PVA-film under a lipid bilayer and minimizes damage of involved molecules during GUV formation. It also opens up many interesting perspectives for the formation of GUVs composed from new classes of synthetic lipids, such as glycolipids and amide-bearing phospholipids, where the traditional methods fail to efficiently produce “undamaged” vesicles. GUVs were also used for studying lipid-peptide interactions of a new class of elastin-like polypeptides functionalized with arginine-rich residues. It is shown that attractive interactions between lipids and peptides are suppressed by cargo-attachment and can be tuned by self-assembly into micelles and the arginine-amount of the cell penetrating residue.

Nous nous intéressons aux effets électrostatiques induits dans un système amphiphile neutre (constitué de triton X-100 et d'octanol en solution dans l'eau) faiblement dopé par un tensioactif ionique, le chlorure de cétylpyridinium. La principale méthode expérimentale utilisée est la diffusion des neutrons aux petits angles, complétée par des mesures en diffusion de lumière et en conductimétrie. Lorsqu'on dope le système avec de faibles quantités de tensioactif ionique, on observe de nouvelles morphologies: i) de très petites vésicules unilamellaires à grande dilution et ii) de grandes vésicules multilamellaires à concentration modérée. Nous avons mesuré l'évolution du rayon des vésicules unilamellaires en fonction des paramètres expérimentaux en modélisant quantitativement les spectres de diffusion des neutrons. D'autre part nous avons caractérisé l'ensemble des agrégats autres que vésicules.<br /><br />Nous proposons un modèle thermodynamique quantitatif permettant de décrire la phase de vésicules. Il repose sur une résolution numérique de l'équation de Poisson-Boltzmann dans une cellule de Wigner-Seitz. Les prédictions sont en très bon accord avec les résultats expérimentaux.